Un átomo es la mínima cantidad de materia que experimenta cambios químicos. La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, alrededor del cual se mueve una nube de electrones de carga negativa.
Una molécula es la mínima parte de materia que conserva las propiedades de un material, y puede estar formada por un sólo átomo (el helio: He, o los metales) o ser poliatómicas (como el agua: H2O).
Los átomos se unen para formar moléculas compartiendo electrones de su última capa. De esta forma, se quedarán ligados entre sí por un enlace químico, que puede ser de tres tipos:
Se produce entre un átomo al que le sobra uno o dos electrones y otro al que le falta uno o dos electrones, convirtiéndose ambos en iones. La atracción electrostática entre cargas de distinto signo mantiene a los átomos formando estructuras ordenadas y homogéneas en el espacio.
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Cristal de sal (cloruro de sodio)
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Este tipo se produce entre elementos no metálicos, cuando ninguno de los átomos libera electrones fácilmente; se dice que la diferencia de electronegatividad entre los elementos es similar. En este caso, los átomos comparten dos o más electrones en un denominado orbital molecular.
Molécula de agua
Se produce entre átomos de elementos metálicos, que tienen facilidad para ceder electrones. Los átomos adquieren un orden en el espacio y todos ceden electrones que se mueven por el material. Esta característica les confiere a los metales unas propiedades como el brillo característico (por la ordenación atómica) o la conductividad eléctrica y térmica (por la nube de electrones).
CORRIENTE ELÉCTRICA
Cuando en un metal se introducen electrones por un extremo y se extraen por el otro se establece un movimiento de electrones. A este movimiento ordenado de electrones se le denomina corriente eléctrica.
La cantidad de electrones que atraviesan el material durante un segundo se llama intensidad eléctrica. Para hablar de intensidad se utiliza la letra I y se mide en una unidad llamada amperio (A). Por un material circula un amperio cuando le atraviesan 6·1018 electrones en un segundo. Precisamente, a la carga eléctrica de esta cantidad de electrones se le llama culombio, en honor al científico francés Charles de Coulomb.
RESISTENCIA ELÉCTRICA
Es la oposición que tiene un material a dejar pasar electrones y se mide en ohmios (Ω), también en honor del científico alemán Georg Ohm. La resistencia de un material depende no sólo de la naturaleza del mismo, también depende de sus dimensiones: cuanto más largo sea, mayor resistencia tendrá, y cuanto más fino, también ofrecerá más resistencia a la corriente:
donde:
ρ es la resistividad del material
L es la longitud
A es el área por el que pasa la corriente, o sección
Atendiendo a la resistencia eléctrica, los materiales se clasifican como conductores y aislantes. Existe un tercer grupo denominado materiales semiconductores, que están hechos a base de silicio y que permiten parcialmente el paso de corriente bajo determinadas condiciones, como en las células fotoeléctricas (ver tema 3).
VOLTAJE O TENSIÓN
Es la energía necesaria para transportar una carga eléctrica de un punto a otro. Cuando se trata de una pila u otro generador se habla del voltaje generado o fuerza electromotriz(fem), y es la energía que se le da a la carga que se recoge en el polo positivo, y así cuando esta carga se impulsa por el polo negativo tiene energía o voltaje.
Cuando un electrón atraviesa un material con resistencia eléctrica gasta la energía que contiene, y que se llama caída de tensión para diferenciar este concepto del voltaje:
Fuerza electromotriz = Energía que se le da a los electrones en una pila
Caída de tensión = Energía que pierden los electrones al atravesar una resistencia
LEY DE OHM
La cantidad de electrones que atraviesa un material es mayor cuanto mayor sea la energía que se le da a los electrones y cuanta menos resistencia tenga el material. Esto es lo que se llama ley de Ohm, y matemáticamente se expresa como: V = I · R
ENERGÍA ELÉCTRICA
Ya sabemos que el voltaje es la energía que se da a (o pierde) una carga eléctrica. Si multiplicamos esta energía por el número total de cargas que se han desplazado, se obtiene la energía total que se ha dado (o que se ha gastado).
Para calcular el número total de cargas que se han desplazado hay que recordar que la intensidad es la cantidad de electrones que pasan en un segundo. Por lo tanto, multiplicando la intensidad por el tiempo que ha estado circulando corriente, se obtiene este número:
Cargas totales desplazadas = I · t
Y la energía eléctrica viene dada por la conocida expresión:
EELÉCTRICA = V · I · t
POTENCIA ELÉCTRICA
Recordando que la potencia es la velocidad con que se genera o se consume energía, Por tanto, la potencia eléctrica es el resultado de dividir la energía eléctrica entre el tiempo que haya estado conectado:
PELÉCTRICA = V · I
Un circuito es el conjunto de elementos que permiten el establecimiento de una corriente eléctrica. En general, se pueden encontrar los siguientes cinco tipos de elementos (que más adelante se verán en detalle):
- Generador, encargado de dar energía a las cargas eléctricas
- Receptor, que transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía, como calor, luz,...
- Conductores, que constituyen los caminos de ida y de vuelta de los electrones. Suelen ser cables, pero hay otras opciones
- Elementos de control, que bloquean o dirigen el paso de la corriente
- Elementos de protección, para evitar que las instalaciones, aparatos y personas sufran daños.
Se dice que un circuito o un componente está cerrado cuando permite la circulación de corriente, y que está abierto en caso de que no lo permita.
CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA
Decimos que una corriente es continua cuando el movimiento de los electrones se produce siempre en el mismo sentido. Esta corriente se utiliza en pequeños circuitos, como en los aparatos electrónicos, industriales o domésticos. Sin embargo, para las instalaciones de alta potencia se utiliza otro tipo de corriente, en la cual el movimiento de electrones es un vaivén, que recibe el nombre de corriente alterna.
CÁLCULOS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
Para calcular la intensidad que circula por un circuito con un generador de voltaje V y un receptor de resistencia R, se puede aplicar directamente la Ley de Ohm, teniendo:
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f.e.m. = 9V
El generador da a los electrones una energía de 9V.
Caída de tensión = 9V
En la resistencia, los electrones gastan una energía de 9V.
Aplicando la Ley de Ohm en la resistencia:
I = V / R = e / R = 9V / 3Ω = 3A
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Cuando varios receptores se conectan de forma que la corriente debe atravesar uno detrás de otro, se dice que están conectados en serie. El voltaje de la pila se gasta entre las dos resistencias, y la parte de energía que se pierde en cada una de ellas es lo que llamamos caída de tensión:
Para realizar cálculos en estos circuitos, empezamos notando que la resistencia que tiene que vencer el generador es la suma de todas las resistencias de los receptores. Así se puede calcular la intensidad que circula por el circuito.
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que es equivalente a:
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Y la intensidad que circula por el circuito se calcula:
I = V / R = 10V / 5Ω = 2A
A continuación, la caída de tensión se calcula aplicando la Ley de Ohm a cada resistencia:
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Para la primera resistencia:
e1 = I · R1 = 2A · 3Ω = 6V
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Para la segunda resistencia:
e2 = I · R2 = 2A ·2Ω = 4V
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El cálculo queda completo (por ahora) rellenando el sentido de la corriente, indicando su valor y anotando la caída de tensión. Es decir, de la siguiente forma:
La otra forma básica de conectar receptores se denomina conexión en paralelo, y consiste en que la corriente se debe separar en un punto para atravesar todos los receptores, y luego volver a juntarse en otro punto.
En este caso, hay que notar que por cada una de las resistencias pasa diferente corriente, pero en todas se gasta el mismo voltaje. Por tanto, la intensidad que pasa por cada una se puede calcular de forma sencilla:
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La intensidad que pasa por
la resistencia 1 es:
I1 = V / R1 = 12V / 6Ω = 2A
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La intensidad que pasa por
la resistencia 2 es:
I2 = V / R2 = 12V / 4 Ω = 3A
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y el generador deberá mover una intensidad:
ITOTAL = I1 + I2 = 2A + 3A = 5A
Esta intensidad es muy alta, como si el generador estuviera conectado a un receptor de resistencia muy baja. La resistencia equivalente a un montaje en paralelo siempre es menor que todas las resistencias y se calcula con la expresión siguiente (cuya demostración se puede ver en este enlace):
La combinación de receptores en serie y en paralelo da lugar a conexiones mixtas que pueden complicarse mucho. Para resolver estos circuitos se debe ir simplificando las resistencias equivalentes de cada tipo de asociación hasta llegar a una única resistencia total, equivalente a todo el montaje original:
Se calcula la intensidad que mueve el generador y a continuación se vuelve atrás por todos los pasos calculando intensidades y caídas de tensión en cada resistencia.
El último cálculo es obtener la potencia que genera la pila y las potencias que consumen todas las resistencias, que se calculan con las expresiones:
- Para el generador: P = V · I
- Para las resistencias: P = e · I = (I · R) · I = I² · R
Esta última expresión constituye la Ley de Joule, por la que se calcula la energía calorífica que libera una resistencia ideal de valor R a través de la cual pasa una intensidad I (esto es posible porque el rendimiento de una resistencia ideal es del 100%, y así la potencia consumida es igual que la liberada).
CÁLCULOS EN REDES DE KIRCHHOFF
En la práctica, los circuitos con resistencias simplificables estudiados anteriormente son mucho menos numerosos que los circuitos complejos, que comprenden, por lo general, varios caminos distintos para la corriente eléctrica, y a cada uno se le denomina rama. A los puntos donde se encuentran las ramas se les llama nudos. A la corriente que pasa por cada rama se le llama corriente de rama.
Se da el nombre de malla a un circuito cerrado constituido por una sucesión de ramas que se recorren sin pasar dos veces por la misma, partiendo de un nudo para volver al mismo. Estos circuitos complejos, suelen llamarse redes.
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Suponiendo estacionario el régimen de funcionamiento, la intensidad de la corriente en cada rama tiene un valor determinado y único. Debemos buscar un sistema de ecuaciones que permita calcular el valor de las intensidades, es decir, tener tantas ecuaciones independientes como ramas (n ramas => n ecuaciones).
El proceso empieza asignando un sentido a cada una de las intensidades. Por comodidad, este sentido se suele elegir de tal forma que coincida con los voltajes de los distintos generadores que haya en cada rama.
A continuación se buscan las ecuaciones, que se establecen a partir de las leyes enunciadas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, enunciadas así:
- PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF: Ley de los nudos
La suma algebraica de las intensidades de las corrientes que llegan y salen de un nudo es nula. Las intensidades se cuentan positivamente cuando la corriente se dirige hacia el nudo, y negativamente cuando se aleja de éste.
Con la primera ley se obtienen tantas ecuaciones como número de nudos tenga la red meno uno (que es combinación lineal del resto).
- SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF: Ley de las mallas
En una malla cualquiera de la red, la suma de los voltajes de los generadores, que pueden ser fem (fuerza electromotriz, positiva) o fcem (fuerza contraelectromotriz, negativa), es igual a la suma de las caídas de tensión en las resistencias.
Con esta segunda ley se obtienen tantas ecuaciones como mallas tenga la red, y para analizar la malla y obtener la ecuación, tomamos un sentido arbitrario de seguimiento (suele ser en la dirección de las agujas del reloj).
A continuación se suman los voltajes de los generadores que estén a favor del sentido de seguimiento, y se restan los voltajes de los generadores que estén en contra del sentido de seguimiento. Ésto se escribe en el primer miembro de la ecuación.
Después se suman las caídas de tensión de las intensidades que están en el mismo sentido que la dirección de seguimiento y se restan las caídas de tensión de las intensidades que están en contra al sentido de seguimiento. Y ésto constituye el segundo miembro de la ecuación.
Cuando tenemos todas la ecuaciones, se resuelve el sistema mediante un método adecuado (por ejemplo, el método de Gauss), y después se analizan los resultados. En caso de que algún valor de intensidad salga negativo, sólo indica que la intensidad tiene sentido contrario de como la hemos supuesto.
Al igual que en el caso de circuitos simplificables, el último cálculo es obtener la potencia que generan o consumen los generadores y las potencias que consumen todas las resistencias, que se calculan con las expresiones:
- Para los generadores: P = V · I
- Para las resistencias: P = I² · R
Hasta ahora se ha trabajado con ciertos conceptos básicos y se han realizado cálculos sobre elementos eléctricos sin demasiada preocupación por el origen de ésta. Toda la electricidad que vamos a ver en adelante durante este curso se basa en dos principios fundamentales:
- La generación de una fuerza magnética a partir de una corriente eléctrica.
- La generación de corriente eléctrica mediante el movimiento de imanes.
LEY DE BIOT Y SAVAR: ELECTROIMANES
Cuando circula una corriente por una bobina, se genera un campo magnético paralelo al eje de dicha bobina, igual que un imán, y el polo Norte viene determinado por la regla de la mano derecha:
El movimiento real de los electrones se realiza desde el polo negativo hacia el polo positivo
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Como son cargas negativas, se invierte la intensidad real |
Con esa intensidad invertida se aplica la "regla de la mano derecha", colocando los dedos siguiendo a la intensidad... |
...el sentido del pulgar indica el polo Norte, y por tanto, el sentido del campo magnético |
La intensidad del campo magnético, como vimos en cursos anteriores, es proporcional a la intensidad y al número de vueltas de la bobina.
LEY DE FARADAY-LENZ: GENERADORES
Al igual que una corriente eléctrica genera un campo magnético, la variación de un campo magnético cerca de un conductor induce sobre éste una corriente eléctrica, que trata de oponerse a la variación del magnetismo.
(La siguiente animación tarda bastante en cargarse, ten paciencia)
El sentido de la corriente inducida responde, por tanto, a la regla de la mano derecha respecto a la variación del campo magnético. La tensión e intensidad son tanto mayores cuanto mayor es la variación de campo magnético y cuantas más espiras tengamos.
Éste es el principio por el que funcionan los generadores eléctricos: haciendo girar una espira entre dos imanes se consigue una variación efectiva del campo magnético en el interior de esa espira:
Durante media vuelta sale corriente por un extremo, y durante la otra media vuelta sale por el otro extremo. Si cada extremo de la espira se conecta a un anillo, estamos obteniendo corriente alterna. A estas máquinas se les llama alternadores (generador sin conmutador).
Para obtener corriente continua cada extremo de la espira se conecta a medio anillo o delga con el fin de recoger la corriente siempre por el extremo por el que salga. Estas máquinas reciben el nombre de dínamos (generador con conmutador):
Una tercera máquina llamada transformador tiene su base en los dos principios anteriormente expuestos: se aplica una corriente alterna a una bobina llamada primaria, con lo cual ésta genera un campo magnético oscilante, que varía hacia arriba y hacia abajo. Si estas variaciones afectan a otra bobina secundaria, ésta es capaz de generar una corriente alterna de valores diferentes a los iniciales.
En un transformador cuyo rendimiento fuera ideal del 100%, la relación de voltajes primario y secundario sería igual a la relación de espiras de la bobina primaria y secundaria:
MOTORES ELÉCTRICOS
Según la Ley de Biot-Savart, una espira por la que pasa corriente se transforma en un electroimán. Si tenemos esa espira en el interior de un campo magnético, los polos iguales sufrirán repulsión y los polos distintos se atraerán. Éste es el principio de los motores eléctricos.
Para mantener la espira girando, cada media vuelta hay que cambiar los polos magnéticos, cosa que se hace mediante las mismas delgas que tienen las dínamos. De hecho, un motor de corriente continua y una dínamo son idénticos, y pueden funcionar de cualquiera de las dos maneras.
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Colector conmutando la corriente
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Cuando las bobinas giratorias van a alcanzar la posición de equilibrio, cambia la delga por la que entra la corriente, y así se invierten los polos magnéticos.
En la práctica se instalan varias bobinas, cada una con un par de chapas o delgas que forman un colector para mejorar el rendimiento:
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En la corriente continua los electrones salen siempre del polo negativo y se mueven siempre en el mismo sentido. Éste es el sentido real de la corriente, aunque es corriente utilizar el sentido convencional, en sentido opuesto, para evitar tener en cuenta que son cargas negativas.
Y también hemos visto cómo se genera otro tipo de corriente en el que los electrones alternan el sentido de su desplazamiento: es la corriente alterna.
El valor de voltaje obtenido es una función trigonométrica que se asocia con el seno. La expresión del voltaje instantáneo, es decir, en cada instante de tiempo es:
El valor de voltaje máximo se alcanza únicamente durante una fracción ínfima de tiempo. Cuando decimos que los enchufes tienen un voltaje de 220V, no nos referimos a que el valor máximo de voltaje sea 220V, sino a un concepto nuevo: el voltaje eficaz. Estos valores eficaces son el equivalente en corriente continua que desprendería la misma potencia que todo el ciclo de corriente alterna. Su valor viene dado por la expresión:
De igual forma se habla de intensidad instantánea y eficaz:
Cuando se aplica un voltaje alterno a una resistencia, se sigue cumpliendo la ley de Ohm, y además cuando el voltaje es nulo, los electrones se detienen, y cuando el voltaje es máximo, la intensidad también es máxima. Se dice que ambas magnitudes están en fase:
La expresión V(0° se denomina notación fasorial, y su uso es muy corriente por el siguiente motivo:
Algunos receptores almacenan energía e impiden que el movimiento de los electrones coincida con el impulso del generador. En estos casos, se dice que la intensidad se desfasa respecto al voltaje, y en la expresión de la intensidad se introduce un término, el desfase que ajusta su variación:
en este caso se indica el valor de la intensidad I y el ángulo del desfase φ; con estos dos valores no es necesario escribir toda la expresión. Los condensadores y las bobinas son receptores que desfasan la intensidad respecto al voltaje aplicado.
DESFASE PRODUCIDO POR UN CONDENSADOR
En corriente continua, un condensador se limita a almacenar electrones mientras está conectado a una pila. Cuando retiramos la pila, el condensador se queda cargado hasta que permitamos que las cargas se escapen. Es decir, funciona como una batería recargable.
En corriente alterna, el voltaje está constantemente cambiando su polaridad, y ésto se traduce en que el condensador se está cargando y descargando constantemente al ritmo de las variaciones del generador, por lo que la intensidad se ve afectada. Veamos en detalle qué es lo que ocurre.
En esta animación se puede comprobar que voltaje del generador y la intensidad están desfasadas. La intensidad está adelantada respecto al voltaje exactamente 90°, por lo que las expresiones de ambas son:
Los valores del voltaje y la intensidad siguen estando relacionados por la ley de Ohm, pero en este caso se llama Ley de Ohm generalizada; al valor equivalente a la resistencia se le denomina impedancia, y para un condensador viene dado por la expresión:
siendo f la frecuencia de la corriente alterna (en Europa 50Hz, en América 60 Hz) y C la capacidad del condensador en Faradios.
DESFASE PRODUCIDO POR UNA BOBINA
Las bobinas o solenoides almacenan energía en forma de campo magnético. Al conectar una corriente continua, la bobina retiene el paso de electrones hasta que se establece el campo magnético. Cuando se elimina la pila, la energía de este campo magnético continúa moviendo electrones, fenómeno llamado autoinducción.
La energía magnética que almacena una bobina durante su funcionamiento con corriente alterna provoca que la corriente esté desfasada respecto al voltaje:
En este caso, la intensidad está retrasada respecto al voltaje exactamente 90°, por lo que las expresiones de ambas son:
Los valores del voltaje y la intensidad también están relacionados por la ley de Ohm generalizada, y el valor de impedancia de la bobina viene dado por la expresión:
siendo f la frecuencia de la corriente alterna y L el coeficiente de autoinducción de la bobina en Henrios.
POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA
Cuando se trata de calcular la potencia que consume un aparato en corriente alterna, hay que tener presente la notación fasorial. La potencia consumida viene dada por el producto del voltaje aplicado por la intensidad que circula, esté o no desfasada, y se denomina potencia aparente. La unidad empleada para la potencia aparente es el voltamperio (VA):
De esta potencia consumida, únicamente la componente resistiva se transforma en potencia útil, por lo que se denomina potencia activa, y se calcula multiplicando la potencia aparente por cosφ. A este cosφ se de denomina factor de potencia f.d.p. La potencia activa se mide en vatios (W).
La componente capacitiva o inductiva se pierde en forma de campos eléctricos o magnéticos. Al producto de V(0° por I(90° o de V(0° por I(-90° se le denomina potencia reactiva, y se mide en voltamperios reactivos (VAr).
MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
Ya conocemos el motor de corriente continua. En corriente alterna las espiras están fijas a la carcasa y se consigue un campo magnético giratorio mediante una segunda bobina colocada perpendicularmente a la principal, y aplicando a ésta una corriente que previamente ha pasado por un condensador, y que por lo tanto está desfasada respecto a la corriente principal. La composición de los campos magnéticos da una resultante giratoria:
La presencia de bobinas de cable da como resultado que los motores tienen una impedancia que es en parte inductiva y en parte resistiva. Por lo tanto, cuando se calcula la potencia de un motor en corriente alterna, hay que tener en cuenta la diferencia entre potencia aparente (absorbida), potencia activa (potencia que no se pierde en campos magnéticos) y potencia útil (la que se aprovecha del motor).
Ya vimos en el bloque de fuentes de energía de dónde proviene el giro que impulsa a los generadores eléctricos que, en las centrales son invariablemente alternadores.
También sabemos cómo realizar cálculos en circuitos eléctricos. Pero nos falta la etapa intermedia, qué hay entre una central y un aparato conectado a un enchufe. Son las redes de distribución.
Los generadores de las centrales eléctricas suministran voltajes limitados a unos 25.000 voltios por las dificultades que presenta su aislamiento y el peligro de cortocircuitos., pero los valores comunes son de 15.000 V. Este voltaje se eleva mediante transformadores a valores de alta tensión entre 138.000 y 765.000 voltios para la línea de transporte primaria. Estas líneas de alta tensión constituyen la Red Eléctrica Nacional, y el valor de tensión usado suele ser de 400 kV:
Cerca de los centros de consumo existen subestaciones de transformación, en las que el voltaje disminuye a tensiones entre 25.000 y 132.000 voltios. Con estos valores se transfiere la electricidad a la red de reparto, que forma mallas que cubren la ciudad; de esta forma siempre se puede llevar electricidad a un punto por uno u otro camino. Intercaladas en estas mallas están las subestaciones de distribución, encargadas de reducir la tensión hasta valores entre 3.000 y 30.000 voltios, denominados de media tensión (por ejemplo, la industria pesada suele trabajar a 33.000 voltios -33 kilovoltios-, y los trenes eléctricos requieren de 15 a 25 kilovoltios).
Los cableados en media tensión se realizan de forma radial, constituyendo la red de distribución, con pequeños transformadores o centros de transformación que son la última etapa del suministro, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión a 220 ó 380 V.
La electricidad llega por fin a los hogares mediante un cableado denominado acometida, que es el último tramo de la red de distribución y propiedad de la empresa suministradora.
La razón de realizar la mayor parte del transporte de electricidad a alto voltaje es sencilla: cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente necesaria para transportar la potencia necesaria. La resistencia de los cables tiene un valor fijo, por lo tanto, cuanto menor sea la intensidad que circula por ellos, menor será la pérdida de energía, ya que ésta es proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente:
P = I² · R
La corriente eléctrica llega hasta nuestros hogares a través de la acometida, que conecta con la caja general de protección (CGP), donde existen unos cables de grosor calibrado llamados fusibles que evitan cortocircuitos, al fundirse si la intensidad es excesiva. Los bomberos siempre tienen acceso a la CGP para desconectar el edificio en situaciones de emergencia.
CGP de un bloque de viviendas
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En viviendas individuales, el contador está en la CGP
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El contador es un pequeño electroimán que produce el giro de un disco de aluminio, y éste proporciona una lectura del consumo de energía eléctrica en kW·h
Contador de consumo eléctrico
A continuación del contador se encuentra el cuadro de mando y protección, que siempre está a la entrada de nuestras casas. En él invariablemente se encuentra un interruptor de control de potencia (ICP) instalado por la empresa suministradora y que limita la corriente al valor que tengamos contratado. También hay otro interruptor general automático (IGA) y un interruptor diferencial (ID) que corta la corriente antes de que una persona reciba un calambrazo peligroso y tantos interruptores automáticos (PIA) como circuitos haya en la vivienda, para proteger las instalacisnes en caso de cortocircuito. Los principales circuitos son alumbrado, enchufes para electrodomésticos, la cocina suele tener un PIA propio, así como la calefacción y el aire acondicionado. |
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ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Los dos elementos principales de protección en el cuadro de mando y protección son:
- Interruptores Automáticos (ICP, IGA y PIA)
El funcionamiento de los interruptores automáticos consiste en que el cable se enrolla en un electroimán, y cuando la corriente que pasa por él es excesiva, el electroimán atrae una palanca metálica que desconecta la línea:
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Funcionamiento electromagnético
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Por su parte, el diferencial es un conjunto de dos electroimanes, cada uno formado por un cable de entrada y otro de salida de corriente. Cuando ambas corrientes son iguales, el magnetismo total está compensado, pero si por un cable circula más intensidad que por el otro (señal de fuga porque alguien se está llevando un calambrazo), aparece una magnetización que desconecta la línea:
En realidad se procura que nadie reciba calambrazos, y para ello se instala el conductor de tierra, conectado a todas las carcasas metálicas de los electrodomésticos, a fin de que las posibles fugas de corriente se deriven al suelo, camino secundario de vuelta a las centrales eléctricas. Este conductor se identifica por su color amarillo y verde.
Además, el interruptor diferencial siempre tiene un botón para probar su funcionamiento, lo cual es recomendable realizar de vez en cuando. |
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CABLEADO
Los conductores pueden ser hilos, alambre de cobre recubierto de plástico introducidos en tubos corrugados empotrados en las paredes, o bien cables flexibles formados por pelos de cobre recubiertos por plástico para instalaciones de superficie.
Aunque la utilización de corriente alterna es universal, aún se trabaja con conceptos de continua, y se habla de conductores de fase refiriéndonos a los que traen la corriente y conductor neutro al de vuelta. En realidad por todos se mueven electrones en forma de vaivén, y tocar uno suele significar recibir un calambrazo.
En Europa, los conductores de fase tienen color marrón, negro o gris, el neutro es de color azul, y el verde y amarillo es el conductor de tierra.
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ELEMENTOS DE CONTROL
Para controlar el paso de la corriente por el cableado se dispone de los elementos de control, que pueden ser:
- pulsadores normalmente abiertos o normalmente cerrados, que se diferencian por el estado en que se encuentran cuando no se pulsan.
- interruptores unipolares o bipolares, que se diferencian en que cortan uno o ambos conductores.
- conmutadores, que dirigen la corriente hacia un circuito u otro.
RECEPTORES
Por fin, llega la corriente a los receptores, que transforman la energía eléctrica en otros tipos de energía como luz (lámparas y luminarias), en calor (resistencias), movimiento (motores), sonido (altavoces o timbres), ... En los hogares, los receptores normalmente son los electrodomésticos, que se clasifican comercialmente en tres grupos:
- La línea marrón hace referencia al conjunto de electrodomésticos de vídeo y audio, tales como televisores, reproductores de música, home cinema, etc.
- La línea blanca se refiere a los principales electrodomésticos vinculados a la cocina y limpieza del hogar, tales como cocina, horno, lavadora, frigorífico, lavavajillas, congelador, aire acondicionado, secadora, etc.
- Los pequeños electrodomésticos son aparatos eléctricos pequeños que se utilizan para muchas tareas diferentes como las planchas, aspiradoras, estufas, ventiladores, microondas, cafeteras, batidoras, freidoras o depiladoras.
En los países de la Unión Europea los fabricantes de electrodomésticos están obligados a etiquetar sus productos con la llamada etiqueta energética, con el fin de contribuir al ahorro energético. La etiqueta energética indica la cantidad de energía que consume un electrodoméstico y la eficiencia con que utiliza esa energía en relación con el consumo medio de ese tipo de electrodomésticos, además de otros datos complementarios del aparato. Existen siete clases de etiquetas energéticas que se tipifican, en función de los consumos eléctricos, en diferentes colores y con letras del abecedario de la A (más eficiente) hasta la G (menos eficiente).
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